ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Развитие техники влечет за собой значительное увеличение потребляемой энергии. Из этого числа около 60 % потребляемой энергии приходится на электропривод. Электропривод является наиболее энергоемким потребителем электроэнергии, определяющим экономическую эффективность производственных процессов и темпы повышения производительности труда. Главной технико–экономической тенденцией развития электропривода до 2000 года является расширение областей применения электроприводов переменного тока. Отсутствие коллектора, присущего двигателям постоянного тока, снимает ограничения по мощности привода и позволяет повысить его перегрузочную способность [7]. Реальными стали разработки регулируемых электроприводов практически неограниченной мощности. Уже выполняются заказы на такие электроприводы мощностью до 100 МВт.

Освоение производства силовых транзисторов обеспечило возможность создания высокодинамичных глубокорегулируемых электроприводов для станкостроения и робототехники. В мире выпуск асинхронных двигателей различных мощностей составляет несколько миллионов штук в год.

1. Актуальность темы

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40 % вырабатываемой электроэнергии. Значительную долю этой величины составляет электроэнергия, потребляемая асинхронными двигателями (рис.1) в динамических и установившихся режимах работы [3]. Это связано с непрерывным увеличением удельного веса динамических режимов в связи с интенсификацией производственных процессов и расширяющимся внедрением регулируемого асинхронного электропривода на базе преобразователей частоты и микропроцессорной техники.

Асинхронный двигатель

Рисунок 1 – Асинхронный двигатель

Большинство асинхронных электродвигателей используется либо со значительной недогрузкой, либо при существенном ее изменении. Это ведет к существенному снижению энергетических показателей двигателя. Поэтому определение и уточнение расчета энергетических показателей асинхронных двигателей является важной и актуальной задачей.

В настоящее время для расчета потерь мощности и потребляемой реактивной мощности в проектной практике используют методы, базирующиеся на эксплуатационных данных, получаемых с помощью счетчиков активной и реактивной энергии. Использование этих данных для вновь проектируемых электроприводов может привести к большим погрешностям, поэтому для установившихся и динамических режимов работы асинхронных двигателей разрабатываются и совершенствуются аналитические методы расчета, основанные на теории цепей. Развитие этих методов дает возможность правильно выбирать тип и параметры компенсирующих устройств, способных реагировать на мгновенные изменения величины потребляемой реактивной мощности. Это позволяет, в конечном счете, снижать потери при передаче электроэнергии потребителям, работающим как в установившихся, так и в динамических режимах.

2. Цель и задачи исследования

Целью исследования является изучение и аналиp энергетических показателей асинхронного двигателя.

Вопросы энергетики АД являются узкоспециальными и исследованы полностью еще не были, поэтому перед нами ставиться задачи:

  1. Исследование энергетических показателей неуправляемого АД.
  2. Исследование энергетических показателей при питании АД от ПЧ.
  3. Поиск решений и способов улучшения энергетических показателей АД.

Объект исследования: асинхронный двигатель.

Предмет исследования: методы улучшения энергетических показателей асинхронных электродвигателей.

3. Обзор литературы

Одновременно с началом эры привода переменного тока увеличивается и количество ученых, занимающихся проблематикой асинхронных двигателей. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором простая и надежная машина, но в то же время является очень сложной со стороны процессов протекающих в ней [6].

Исследованию энергетических показателей асинхронных двигателей посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных авторов. Однако ряд важных вопросов изучен недостаточно, и, в частности, вопросы определения и расчета таких важных энергетических характеристик двигателя, как коэффициент мощности и коэффициент полезного действия (рис. 2).

Графики зависимостей КПД и cos(fi) асинхронного двигателя

Рисунок 2 – Графики зависимостей КПД и cos(fi) асинхронного двигателя

Нелинейность параметров и не идеальность питающей сети дают значительные осложнения при задачах управления двигателем. В частности в Алчевске было выпущено учебное пособие Электромеханические процессы в асинхронном электроприводе [3]. В данной книге очень хорошо раскрыто математическое описание и моделирование асинхронных машин, их динамические свойства и специальные режимы работы. Рассмотрены электромеханические переходные процессы и способы управления ими. Отдельное внимание авторы данного пособия уделяют расчету параметров АД по Т–образной схеме замещения (рис. 3). Приводятся различные методы расчета, исходя из полноты исходных данных.

анимация: 7 кадров, 10 циклов повторения, 20.4 килобайт

Рисунок 3 – Т–образная схема замещения АД для одной фазы

Также проблематикой определения параметров схемы замещения асинхронной машины, на основе каталожных данных активно занимаются сотрудники Национального исследовательского университета Московский энергетический институт. В частности Ю.А. Мощинским в статье Определение параметров схемы замещения асинхронной машины по каталожным данным [1] была предложена методика, которая позволяет с достаточной степенью точности находить параметры схемы замещения асинхронной машины на основе каталожных данных. Предложенные им аппроксимации сопротивлений ротора дают возможность учесть изменения их от скольжения при расчетах механических, рабочих и динамических характеристик АД, имеющих различную конструкцию.

Помимо исследования энергетических показателей АД по схеме замещения, достаточно широкое распространение получило их исследование в частотном регулируемом приводе. В частности, данной тематикой занимается В.С. Петрушин из Одесского политехнического института. В статье Энергетические показатели асинхронного двигателя в частотном приводе при различных законах управления [37] он исследовал энергетические показатели АД в частотном электроприводе при различных законах управления. Также были выведены математические зависимости КПД и коэффициента мощности асинхронного двигателя от коэффициентов изменения частоты и напряжения, скольжения и параметров схемы замещения при разных законах частотного управления (рис.4).

Изменение КПД (а) в диапазоне регулирования Изменение cos(fi) (б) в диапазоне регулирования

Рисунок 4 – Изменение КПД (а) и cos(fi) (б) в диапазоне регулирования: 1 – экспериментальные зависимости; расчетные зависимости при разных законах управления: 2 – U/f = const, 3 – Евнеш /f = const, 4 – Е/f= const, 5 – Евнут /f= const.

Способ управления асинхронным двигателем также оказывает значительное влияние на энергетические показатели АД. Анализ трех способов управления (фазовое, частотное и квазичастотное.) был проведен О.Ф. Винаковым в статье Анализ энегретических показателей асинхронного однофазного двигателя при разных способах управления [36]. Анализ показал, что квазичастотное управление позволяет реализовать длительный режим работы двигателя при скоростях в 2–4 раза меньше номинальных и значительно улучшить энергетику АД.

Кроме вышеперечисленных авторов большой вклад в решение задач оптимизации режимов работы электроприводов переменного тока внесли выдающиеся отечественные и зарубежные ученые – И.Я. Браславский, В.Н. Бродовский, А.М. Вейнгер, В.И. Ключев, Г.Б. Онищенко, Ю.А. Сабинин, О.В. Слежановский, Р.Т. Шрейнер, В.А. Шубенко, Iliceto P. Capassoa, . Jimme J .Gathey, W. Floter, W. Leonhard, T.A. Lipo, D.W. Novotny [22–35] и др.

4. Методы исследования, планируемые результаты

При выполнении работы предусматривается использование методов аналитического описания, математического и физического моделирования.

В результате выполнения работы планируется разработка методических рекомендаций по улучшению энергетических показателей асинхронных двигателей.

Список источников

  1. Мощинский Ю.А., Беспалов В.Я., Кирякин А.А. Определение параметров схемы замещения асинхронной машины по каталожным данным // Ж.: Электричество в №4/98. 1998, c. 38–42.
  2. Мельников H.A. Реактивная мощность в электрических сетях.–М.; Энергия, 1975. 128с.
  3. Шевченко И.С., Морозов Д.И Электромеханические процессы в асинхронном электроприводе: Учеб. Пособие / – Алчевск: ДонДТУ, 2009, – 349 с.
  4. Бородина И.В., Вейнтер A.M., Серый И.М., Янко–Тринцкий A.A. Автоматический регулируемый по скорости электропривод с асинхрони–зированным синхронным двигателем. Электричество, 1975, № 7,с. 41–46.
  5. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. Учебн. для электроэнерг,специальн. вузов,3.е изд., перераб. и доп. М.: Высш.школа, 1978. – "415 с.
  6. Петров Г.Н. Электрические машины. Учебн. для электроэнерг.вузов и факульт. в 3–х ч. Изд. 2–е перераб. ч.2. Асинхронные и синхронные машины. M.JI.: Госэнергоиздат, 1963, 416 с.
  7. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш.техн.учебн. заведений. 3–е изд. перераб. Л.: Энергия, 1978, 832 с.
  8. Иванов–Смоленский А.В. Электрические машины. Учебн. для вузов. М.: Энергия, 1980, 928 с.
  9. Sastry K.P.R., Burridge R.E Investigation of a reducedorder model for induction machine dynamic studies. – IEE. Trans.power appar. and syst.1976, vol. 95, $ 4, p. 1399–1406.
  10. Мамедов Ф.А., Иванов M.H. Коэффициент мощности асинхронного двигателя, работающего в сети с несинусоидальным, несимметричным напряжением питания случайного характера. Электротехника, 1978, № I.
  11. Дрехслер P. Новый нетрадиционный метод определения коэффициента мощности / 1972, № II,
  12. Башагуров Ю.М. Расчет средних значений к.п.д. и коэффициента мощности асинхронных электродвигателей в режиме случайного нагружения. Изв. Томского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института имени С.М.Кирова, 1968, 190 с.
  13. Штурман Л.И., Золотарев О.И. Определение КПД и асинхронных двигателей при непрерывно меняющейся нагрузке. Электричество, 1951, № 8.
  14. Шуйский В.П. Расчет электрических машин. Пер. с немец. –I.: Энергия, 1968, 731с.
  15. Копылов И.П. Проектирование электрических машин / Под ред. И.П.Копы–лова. М.: Энергия, 1980. – 496 с.
  16. Вахдат Асеф Мухаммед. Динамика асинхронных машин с совместным учетом эффекта вытеснения тока и вихревых токов: Автореферат канд. дисс. –М.: 1982.
  17. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебн. для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. – 576 с.
  18. Соколов М.М., Петров Л.П., Масандялов Л.Б., Ладензон В.А. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе. –М.Энергия, 1976. 200 с.
  19. Постников И.М. Обобщенная теория и переходные процессы электрических машин: Учебн. для вузов, 2–е изд., перераб. и дополн. М.: Высш.школа, 1975. – 319 с.
  20. Беспалов В.Я., Копылов И.П. Переходные процессы в асинхронных двигателях при несинусоидальном напряжении. Электричество,гё 8, 1971.
  21. Беспалов В.Я., Исследование асинхронных двигателей при несинусоидальном напряжении. Автореферат канд. дисс. М.: 1968.
  22. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберигающий асинхронный электропривод: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. Заведений /; под ред. И.Я. Браславского, – М.: Издательский центр Академия, 2004. – 256 с.
  23. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно–токовым управлением./ Под ред. В.Н. Бродовского. – М.: Энергия, 1974. – 168 с.
  24. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат. 1985. – 560 с.
  25. Weinger A. Potential of AC drives with semi–closed control. – IEEE International Electric Machines and Drives Conference. – June 1–4, 2003, Madison, Wisconsin, USA. – pp. 1511–1517. – Потенциал электроприводов переменного тока с полузамкнутым управлением (Англ).
  26. Онищенко Г.Б. Электрический привод. Учебник для вузов. – М.: РАСХН, 2003. – 320с.
  27. Ковчин С.А., Сабинин Ю. А. Теория электропривода: Учебник для вузов. – СПб.: Энергоатомиздат. Санкт–Петербургское отд–ние, 2000. – 496 с.
  28. Слежановский О.В. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями: Энергоатомиздат Санкт–Петербургское отд–ние, 1983.– 256 с.
  29. Шрейнер Р.Т. Автоматизированный электропривод. Системы управления электроприводов / Конспект установочных лекций.– Екатеринбург, 2006г. –22 с.
  30. Шубенко В.А., Браславский И.Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением DJVUM / «Энергия», 1972. 200с.
  31. Iliceto P. Capassoa. Dynamic equivalent of asynchronousmotor load in systems, 1974, vol.93, В 5,p. 1650–1657, 1974.
  32. Jimme J .Gathey, Ralph K. Cavin, A.K. Ayoub. Transient load model of an induction motor IEE Trans. Power Appar. and systems 1973, vol. 92, )i 4, p. 1399–1406.
  33. Floter W. , Ripperger H. Die Transvektor–Regelung fur den feldorientierten Betrieb einer Asynchronmaschine. Siemens–Z. 1971. 45, №10. p.761–764.
  34. Werner Leonhard Control of Electrical Drives / Springer–Verlag Berlin Heidelberg New York, 2001
  35. Novotny D.W., Lipo T.A. Vector Control and Dynamics of Ac Drives / Oxford University Press, 1996. , 440рр.
  36. Винаков А.Ф., Бабийчук О.Б. Однофазный реверсивный электропривод с квазичастотным управлением // Электротехника и электрооборудование. 1995.–Вып.47.– С.49–53.
  37. Петрушин В.С., канд. техн. наук, Таньков А.А. Энергетические показатели асинхронного двигателя в частотном приводе при различных законах управления // Республиканский межведомственный научно–технический сборник Электромашиностроение и электрооборудование. Выпуск 55/2000. – Одесса.